详解组合式空调机组各段体设计选型

概述本课件描述了组合式空调机组的设计参数、性能要求、设计工况及各元件设计和选型方法。功能段包括混合段、初效过滤段、中效过滤段、表冷段、热盘管段、电加热段、各种加湿、风机段、消声段等二十余种功能段。

组合式空调机组的具体命名方法可参阅GB/T14294-2008《组合式空调机组》：

组合式空调机组的基本设计工况：

项目

供冷工况

供热工况

备注

干球温度℃

27+1.0

21+1.0

湿球温度℃

19.5+0.5

进水温度℃

7+0.2

60+1

出水温升℃

5+0.2

风量(m3/h)

名义风量

出口风压(Pa)

根据客户需要选择合适的风机

功能段

功能段是根据客户的要求进行匹配，无具体的设计要求

混合段、初效过滤段、中效过滤段、表冷段、热盘管段、电加热段、加湿段、风机段、消声段等进行自由组合，对空气的进行处理，满足客户对空气洁净度和舒适度、环境噪声的需求。

现行标准：GB/T14294-2008《组合式空调机组》，该标准侧重空气动力和热工能；

EN1886-1998《建筑通风用空气处理机组机械性能》，该标准是EN标准系列中建筑通风和空调用机组系列标准的一部分，侧重箱体结构的机械性能。

换热器设计计算方法换热器用来实现空气与热源载体——水进行能量交换的设备，是空调末端产品中最重要的部件之一。主要构件有进出水管、集水管、铜管、翅片、U型管、端板等，下面主要介绍表冷器大小、翅片形式、铜管大小等的选择，其结构上的知识不做介绍。

一般换热器的命名方法：

换热器的中文名称加三个主参数，即：换热器 M*N*L，M表示换热器厚度方向铜管排数，N表示换热器高度方向的铜管数，L表示换热器有效长度（即换热铜管长度），如：换热器 4*20* 1500，表示4排换热器，高度方向有20根管，换热器铜管的有效长度为1500。换热器的其他构件相关尺寸都是以这三个基本参数为依据换算而来。换热器的的系列代号方法如下：

完整的换热器的表示方法如下：

ZK．HRQ3Z 换热器M×N×L （换热器系列部件图样代号及名称）

ZK．HRQ3Z 换热器8×24×2015 （换热器系列部件图样代号及名称）

表示换热管规格为φ16、总水管通径为DN65（3型管）、8排（M=8）换热管、每排管数为24（N=24）、换热器迎风面长度或换热管有效长度为2015mm（L=2015）的左式换热器。

具体名称命名方式可参阅换热器命名。

换热器的设计：

一、基本参数的设计：

M 一般尽量按客户要求选择，在客户没有要求的情况下，我们根据N、L的值，加上我们的经验公式（见后）进行计算。

N、L 根据我们规划的段位尺寸，保证换热器在表冷段中便于安装，且有最大的换热面积和迎风面积，具体的段位尺寸见组合空调标准段位图。

二、翅片和铜管的选择

一般情况下有波纹片、开窗片、平片三种翅片形式。波纹片主要是与φ16铜管配套，开窗片、平片与φ9.52铜管配套。风机盘管主要采用φ9.52铜管套平片，空调箱按风量区别，5000m3/h以上的采用φ16铜管套波纹片，5000m3/h以下的采用φ9.52铜管套开窗片。

波纹片与φ16铜管换热器特点：风阻较小，换热能力较小。开窗片与φ9.52的换热器特点：风阻较大，换热能力较大。平片与φ9.52的换热能力最小。

三、铜管管路的分布

根据载体——水在管路中的走向及流程分布，管路可以分为：全回路、1/2回路、3/4回路等，目前多采用的为全回路、1/2回路。

全回路布管方式的特点：流速较慢，管路阻力小，但换热系数小。适用于换热能力较小的机组。

1/2回路布管方式的特点：流速快，管路阻力大，但换热系数大。适用于换热能力较大的机组。

3/4回路布管方式的换热系数介于以上两种之间。

四、换热器的经验计算公式（最后一列是以0610为例进行的计算）：

表冷器校核计算

输入参数

序号

名称

代号

计算公式

单位

参数

风量

m3/h

10000

孔数/排

孔

有肋长度

1300

排数

排

片距

3.1

进风干球温度

℃

进风湿球温度

ts1

℃

19.5

进水温度

tw1

℃

出水温度

tw2

℃

流程比

流通断面积

0.000177

计算方法

空气质量流量

G=1.2*L/3600

Kg/s

3.33

接触系数

E＇

E＇=A-B*Fy

0.97

迎风面积

Fy=0.000001*40*N*A0

1.04

迎面风速

Vy=L/(Fy*3600)

m/s

2.67

散热面积

F=R*Fy*20.845

86.72

假设出风干球温度

t2＇=13

℃

13.44

假设出风湿球温度

ts2＇

ts2，=t2，-(t1-ts1)*(1-E＇)

℃

13.22

进风焓

I1=0.0707*ts1^2+0.6452*ts1+16.18

KJ/Kg

55.65

假设出风焓

I2＇

I2＇=0.0707*ts2＇^2+0.6425*ts2＇+16.18

KJ/Kg

37.03

冷量

Q＇

Q＇=(I1-I2＇)*G

62.06

析湿系数

ξ=(I1-I2＇)/1.01(t1-t2＇)

1.36

水流量

W＇

W＇=Q＇/((tw2-tw1)*4.19)

l/s

2.96

水流速

ω＇

ω＇=W＇/((N*f0)/b)/1000

m/s

1.68

传热系数

K＇

K＇=1.163/(1/(A*Vym*ξn)+1/(B*ω＇0.8))

W/m2℃

73.43

传热单位数

β=K＇*F/ξ*G*cp

1.39

水当量数

γ=ξ*G*cp/W＇*c

0.37

干球温度效率

Eg＇

Eg＇=1-e-β(1-γ)/1-γe-β(1-γ)

0.69

需要的效率

Eg=(t1-t2＇)/(t1-tw1)

0.68

输出参数

出风干球温度

t2=t1-(t1-tw1)Eg＇

℃

13.20

出风湿球温度

ts2

ts2=t2-(t1-ts1)*(1-E＇)

℃

12.97

出风焓

I2=0.0707*ts2^2+0.6425*ts2+16.18

KJ/Kg

36.42

冷量

Q=(I1-I2)*G

64.09

水流量

W=Q/((tw2-tw1)*4.19)

m3/h

11.01

水流速

ω=W/((N*f0)/b)

m/s

1.73

空气阻力

Hs=a*Vym*ξn

214.31

水阻力

P=(ρ/2)*(0.44*(R*b-1)+R*b*λ*A0/d)*ω2

KPa

29.75

进水管数

水管通径

Dn=(4*W/(3.14*3600*ω*N1)0.5*1000

实际水管取值

风机和电机的设计选型一、风机的一些基本知识及分类

风机的定义：风机是一个装有两个或多个叶片的旋转轴推动气流的机械。主要有三个部分组成：叶轮（亦称涡轮或转子）、壳体以及驱动设备。

一般没有直联电机的风机主要组成部分：风轮、机壳、框架、轴承、轴、出风法兰（部分有），其中风轮、轴承、轴是关键的部件，需要特别注意。

风机性能参数：风量、静压、动压、功率、效率、静压效率等，性能曲线：Q-η（风量与效率）、P（压力，包括动压、静压）-Q（风量）等，其中Pst-Q（静压～风量）曲线是风机最重要的性能曲线，也是风机选型中最重要的依据。

风机的类型：离心式，轴流式，贯流式。

离心式：空气从轴向进入，径向吹出，风量较大，压力大；

轴流式：空气从轴向进入，轴向吹出，风量大，压力较小；

贯流式：空气在风机是两进两出，径向进径向出，再径向进径向出，风量小、压力小、噪声低。

二、离心式风机的分类和特点

离心式风机是末端机组常用到的风机类型，另外也用到风管机，天顶机等

按叶片旋转方向分类：

（1）前向离心叶轮的旋转方向与叶片的弯曲方向一致，叶片宽度较小，叶片形式有：a 、前弯多翼型薄叶片，目前我们公司末端的风机都属于此类； b、前弯机翼型叶片，多为塑料风机；

（2）后向离心叶轮的旋转方向与叶片的弯曲方向相反，叶片宽度大。叶片形式有：a、后倾后弯曲机翼型叶片，目前组合式空调机组中大风量，高静压风机属于此类；b、后弯曲型斜扭叶片。

特点：风量较大，压力大。前向离心适用于风量大，而压力相对较小的场合，比如末端产品的空调箱、风机盘管、阻力较小的组合空调、挂式空调、移动空调等；后向离心适合与风量大，压力大，比如，高阻力的组合空调，还有需要四面出风的场合，比如天顶机等。

三、轴流风机的分类和特点

轴流风机的特点：风量大，压力低，运行转速比较低，噪声大。主要用在一些通风设备中，对风量要求大，而压力要求较低的场合。比如家用空调的室外机、风冷热泵等。

其叶片形式有多种：

牛角型，主要用于车间吹风；

镰刀型，主要用于风冷热泵等；

半椭圆性，主要用于通风，如台扇等。

四、贯流风机

贯流式风机是一种用得比较少的风机，运行转速很低，压力很小，运行噪声很低。目前主要用在家用空调的室内机，但次中风机易产生一种啸叫声。让人听着及不舒服。

五、风机的选型

离心风机是我们末端的主要风机，选型以此为例。

风机的选型需要几个基本参数：风量(m3/h)、静压或全压(主要是静压，单位Pa)、出风口速度(m/s)、功率，而选型的基本依据是性能曲线，最重要的是P-Q（静压～风量）曲线。

在进行风机的选型之前，先要了解与风机有关并且常会遇到的几个术语：静压、动压、全压、风机全压、风机静压、气体流量、风机的内部功率、轴功率、静压效率、机械效率等。

静压：静压即气流中某一点的或充满气体的空间某点的绝对压力与大气压力之压差。该点的压力高于大气压时为正值，低于环境大气压时则为负值。它同样作用于各个方向，与速度无关，是气流中潜能的量度。

动压(也称速度压)：动压是将气体从零速度加速至某一速度所需的压力，与气流动能成正比。动压只作用于气流方向，并且永远是正值。其计算公式为：Pt=(1/2)ρνν式中V=速度（m/s），ρ为空气密度（kg/m3）。

全压:它是静压与动压之代数和，它是气流中所存在的全部能量的量度。

风机全压定义：风机出口平均全压与风机进口平均全压之代数差。它是风机对气体施加的总机械能的量度，其测量方法详见下图。

风机静压：风机静压是用于评估风机的抗阻能力。必须在某一转速下，定风量下才能根据风机的静压高低来说明风机的抗阻能力强弱。某转速下，风量和转速有一定的关系，用P-Q曲线表示。

风量（气体流量）：它是风机每秒钟所推动的空气立方米数(CMS)，而与空气密度无关。

风机的内部功率：风机的内部功率是对一个既定体积克服既定压力而运动所需的功率（有效功率或内部功率）假定其效率是100%时：静压有效功率=(Q×Pst)÷1020；全压有效功率=(Q×Pt)÷1020；式中Q—空气体积，CMS，Pt—全压，Pa，Pst—静压，Pa。

轴功率：它是风机实际所需的功率，因为风机实际上不能100%有效，所以比内部功率（AKW）要大，它包括V—皮带驱动机构、附件（如轴承）和其它需要加至风机的能量。

计算公式为： W=(Q÷1020)×(Pt÷ηt)，式中ηt=风机总效率

静压效率（S.E）：它是静压有效功率除以风机输入的能量。

计算公式为：S.E= 输出功率÷输入功率= (Q×Pst)÷(1020×W)

机械效率（M.E）：亦称作全压效率（Et），是输出能量与输入能量之比。

计算公式为：M.E(Et)= (Q×Pt)÷ (1020×W)

以上10个术语中，其中轴功率、静压效率、机械效率（也称全压效率）这三个参数会出现在风机选型软件的性能参数表上，是对已定风量和压头的空气系统选择风机型号的重要数据。

风机选型

风机选型的必须条件：1、性能参数和性能曲线；2、使用环境的阻力。

性能参数和性能曲线：风机性能都是用曲线表示出来的，重点是Pst-Q曲线下图所示，

它能用图形方式描述整个系列风机的性能，同一种风机在三个不同转速下的性能曲线。根据设计的额定风量、要求的静压，在Pst-Q曲线上选择能达到要求风机转速。同时根据功率-风量曲线选择出相对应的电机参数。

现在各个风机厂家都有自己的选型软件，选型软件上有各种风机的运行参数曲线。我们只需输入相关的额定值，软件都会提示有那些风机能满足要求。不管什么方式选择风，都会有二个或多个风机可满足要求，此时我们要根据功率、效率、噪声等几个空调重要的考察参数确定最佳方案。最佳风机的选择应正好在性能曲线的最高效点或在它的右边，而在P-Q曲线最高点的稍左,最终选择风机型号时经济方面（即成本控制）通常是决定因素。

注意：a 选择风机工作点特别注意不要在性能曲线的不稳定区域（在全压效率最高点的左侧）择风机。b 在全压效率和静压效率都较高的点上去选择风机还要结合考虑其最小能耗（即轴功率）和风机的极限转速。

对于各品牌风机，应通过实验验证其宣讲的参数与实际的偏差，每个公司都会将自己的产品效率等讲得高一点。

另外，风机轴承寿命、配用的电机功率和电机极数也是风机选型需考虑的另外两个因素，对于风机而言，其实际转速在其极限转速的80%时运行并配置适当大小的传动轮可以提高轴承的寿命。而配用的电机转速与风机的实际转速有关，风机在实际运行时到底该配多少极数的电机才为合适，在电机选型中有详述。

六、风机的串联与并联选型

1、风机的串联是指当系统阻力特别大，一台通风机不足以克服时，可选用两台或以上的风机串联运行，共同克服统阻力。串联风机在系统中输送同一风量，而系统的阻力则是各个风机所克服的阻力叠加。

2、风机的并联是指当需要的风量特别大，一个风机满足不了要求时，可选用两台以上的风机安装于同一系统中并联运行，共同输气。并联风机所要克服的是同一系统的阻力，而系统中通过的风量则是并联各个风机输出风量的叠加。在我们的空调箱中运用得很多，如10000m3/h的机组，其全压为400Pa，如果选用两台相同型号的风机并联输气时，单个风机的选型参数则是：风量为5000m3/h和全压为400Pa最终选出来的风机型号与单风机选型方法相同。

七、风机的安装方式

组合空调机组的风机和电机是一起安装在同一个风机架焊件上的，按风机的出口方式其安装方法有下图所示的四种形式：水平下送、水平上送、顶前送风、顶后送风。电机可以放在风机后面或风机的侧面安装。离心风机的安装方式侧视图如下：

在投标方案的项目中，需综合考虑外接风管的方向、距离及表冷器中心位置与风机轴心位置大概在相同高度上来先择一个最佳的送风方式；在没有任何条件规定送风方式的情况下，优先选用（1）的送风方式。

1、风机在箱体内的布置方式

对于箱体内风机位置的正确布置与否，关系到风机进风口和出风口的气流是否顺畅，如果受到一定的阻碍或限制，为了补偿由此而产生的静压损失就需要相应提高风机的转速，同时也会相应增加了风机的噪声、轴功率。

在我们常用的机组中，风机是以敞开方式进风的方式安装在风机段的箱体内，有时由于安装空间有限，箱体两侧的面板很靠近风机进风口，就会限制进风空气的流动，会使风机性能和送风量有不同程度的降低，为了使风机进口和出口的气流顺畅，最大限度地减少进出口气流的压力损失，风机进风口应当保持一个最小的距离A≥1/2D(D为风机叶轮的直径)，如果只有1/3叶轮的直径，将会使用风机的风量降低10%。

※ 常规组给式空调机组的风机安装正常要求为两侧进风口到边的距离≥0.75D

2、常用的离心风机的布置规范

（1）情况1：单头风机（图1）（2）情况2：双头风机（图2）（3）情况3：多个单头风机（图3）

注：L表示风机背部宽度尺寸；D表示风机叶轮直径尺寸

3、风机出风口的连接方式

当用直管送风时，建议送风管不要突然间向大截面过渡，而且推荐使用不大于15°的变径管来实现这种过渡,从而减小能耗,这是在管道设计中常用的，目前我们公司采用软件接头，达到减振的功效。

4、改变风机风量的方法

改变风机风量的方法常用的有如下三种：

（1）利用风机入口导向阀，这种方法降低风机能量消耗较多，初投资较省，且有较宽的调节范围。

（2）改变风机转速，如配变频器或变速电机，这种方法降低风机能量消耗最多，风量调节范围宽，但初投资最高，风机容易进入不稳定区工作。

（3）利用风机出口阀门。这种方法节省风机能量很少，风量调节范围较小，易使风机进入不稳定区工作。

5、离心风机使用的注意事项

（１）风机选型时的实际运行转速最好能在其极限转速的80%范围内，不宜超过其级限转速的90%;

（２）当2台前倾风机并联运行时，只要系统压力稍有变化，风机运行工况容易跳到不稳定区域运行，如果配变频器调速时，变频器的电流容易超载。所以，如遇到并联风机需配变频器时，优先选用后倾风机。

八、电机的选型及应用

不同品牌的电机，其制作标准和使用条件也有所不同，除非客户要求，尽量确定一种电机为常规标准配置电机，目前我们公司选用的是浙江大速电机。

1、常用Y系列电机的特点

ZK机组常用的Y系列的三相异步电动机，是一种全封闭自扇式鼠笼型三相异步电动机。此系列的电机具有高效、节能、性能好，噪声低、振动小，可靠性高、功率等级和安装尺寸符合I.E.C.标准和使用维护方便等优点，其防护等级为IP44，绝缘等级为B级。

2、电机的使用条件

(1)不同品牌的电机其使用条件也有不相同，大多数Y系列的三相异步电动机的使用环境温度为：-20℃～40℃,海拔：不超过1000米。浙江XX电机Y系列的使用环境温度：随季节而变化，但不超过40℃；

海拔：不超过1000米

电压：380V 50Hz；

(2)如果使用在海拔高度超过1000米以上时，由于空气较稀薄，对电机的散热不利，为延长电机的使用寿命，电机需降档使用，但如果电机是在空调箱内，且箱体内有1.2米/s以上的气流通过电机时则不需考虑降档使用的问题。

3、电机的绝缘等级与防护等级

3.1绝缘等级

电机的绝缘等级是指其在耐热的温升范围工作的能力,超过规定的温升范围便会丧失应有的绝缘能力。

国标GB11021-89《电气绝缘的耐热性评定和分级》

电工产品绝缘的使用期受到多种因素(如温度、电压和机械的应力、振动、有害气体、化学物质、潮湿、灰尘和辐照等)的影响，而温度通常是对绝缘材料和绝缘结构老化起支配作用的因素。因此已有一种实用的、被世界公认的耐热性分级方法，也就是将电气绝缘的耐热性划分为若干耐热等级，各耐热等级及所对应的温度值如下：

耐热等级：Y级 A级 E级 B级 F级 H 级 C级 200 220

温升(℃)：90 105 120 130155 180 180以上 200 220

温升超过250℃，则按间隔25℃相应设置耐热等级。

3.2 IP防护等级

IP（International Protection）防护等级系统是由GB 4208-1993规定。将灯具电器依其防尘、防止外物侵入、防水、防湿气之特性加以分级。这里所指的外物包含工具、人的手指等均不可接触到灯具内之带电部分，以免触电。

IP防护等级是由两个数字所组成，第一个数字表示灯具电器防尘、防止外物侵入的等级；第二个数字表示灯具电器防湿气、防水侵入的密闭程度。数字越大，表示其防护等级越高，两个标示数字所表示的防护等级如下表1和表2；

表1：第一个标示特性号码（数字）所指的防护程度

第一个标示数字

防护等级

定义

备注

无防护

对外界的人或物无特殊之防护

IP0-

防止大于50mm的固体物体侵入

防止人体（如手掌）因意外而接触到灯具内部之零件。防止较大尺寸（直径大于50mm）的外物侵入

IP1-

防止大于12mm的固体物体侵入

防止人的手指接触到灯具内部之零件。防止中等尺寸（直径大于12mm，长度大于80mm）的外物侵入

IP2-

防止大于2.5mm的固体物体侵入

防止直径或厚度大于2.5mm之工具、电线或类似的细小的外物侵入而接触到灯具的内部零件

IP3-

防止大于1.0mm的固体物体侵入

防止直径或厚度大于1.0mm之工具、电线或类似的细小的外物侵入而接触到灯具的内部零件

IP4-

防尘

完全防止外物侵入。虽不能完全防止灰尘侵入，但侵入的灰尘的量并不会影响灯具的正常操作

IP5-

尘密

完全防止外物侵入，且可完全防止灰尘侵入

IP6-

表2：第二个标示特性号码（数字）所指的防护程度

第二个标示数字

防护等级

定义

备注

无防护

对外界的人或物无特殊之防护

IP-0

防止滴水侵入

垂直滴下的水滴（如凝结水）对灯具电器不会造成有害影响

IP-1

倾斜15°时仍可防止滴水侵入

当灯具电器由垂直倾斜至15°时，滴水对灯具不会造成有害影响

IP-2

防止喷洒的水侵入

防雨或防止与垂直的夹角小于60°之方向所喷洒的水进入灯具电器造成损坏

IP-3

防止飞溅的水侵入

防止各方向飞溅而来的水进入灯具电器造成损坏

IP-4

防止喷射的水侵入

防止来自各方向由喷嘴喷射出的水进入灯具电器造成损坏

IP-5

防止大浪的侵入

装设于甲板上的灯具电器，防止因大浪的侵袭而浸水造成损坏

IP-6

防止浸水时的水侵入

灯具电器浸在水中一定的时间或水压在一定的标准以下能确保不因进水而造成损坏

IP-7

防止沉没时的水侵入

灯具电器无限期的沉没于指定水压的状况下，能确保不因进水而造成损坏

IP-8

例如：等级的第一标记数字如IP6_ 表示防尘保护等级 (6表示完全防止灰尘进入，见上表1) 第二标记数字如IP_5 表示防水保护等级（5 表示防护水的喷射，见上表2）。

※ 常规的Y系列国产电机的绝缘等级为B级，防护等级为IP44。而进口品牌电机的绝缘等级为F级，B级考核，防护等级为IP55。国产电机亦可定做绝缘等级为F级，防护等级为IP55的电机。

3.4 电机的安全系数K

（1）确定风机轴功率Nt以后，查下表3 确定电机的安全系数K（国标规定）

风机功率kW

安全系数K

<0.5

1.5

>0.5～1

1.4

>1～2

1.3

>2～5

1.2

>5～20

1.15

>20

1.10

（2）电机实际功率N≥Nt*K；

（3）电机散热最少距离（电机尾则与面板距离）

71M～132M 25mm 160M～250M 40mm

3.5 电机的选型方法

电机的选型与风机的选型是相互关联的,在风机选型软件的性能参数表上都有风机的实际吸收功率,选用电机的额定功率按上表3选取安全系数K，按风机的运行系数为10%时，在选择了某一型号风机的同时，已确风机的吸收功率，利用安全系数可确定选用电机的额定功率，这与风机选型表上推荐使用的电机额定功率一般都差不多,这里没确定的是选用的电机到底是多少极数的才为合适，这也是我们电机选型的关键。

3.5.1电机的启动转矩与风机的启动转矩

在确定风机型号的同时也确定了电机的功率后，要确定选用电机的极数时先要了解与电机极数有关的启动转矩。

转矩也称作力的力矩。它是物体围绕一个固定的轴开始旋转所需能量的量度。

当电机启动时它需要一个相对较高的转矩，根据所驱动的机器类型，通常是满负荷转矩的1.5～2.5倍，因为机器启动的频率、温度、润滑油的数量和形式等，以及类似的可变因素都有直接的关系。在启动阶段，转矩先微降到最小，然后增加到最大，再回落到它正常运行时的转矩。

要确定所选的电机是否能提供足够的转矩以驱动风机从静止加速到运行速度而没有超过它的设计极限，首先要计算出风机的启动转矩，确定了风机的启动转矩后，所选择的电机的启动转矩必须等于或大于工作运转时的启动转矩负荷。而电机的工作运转时的启动转矩负荷与风机的惯性力矩、带轮的惯性力矩、角速度、角加速度等都有关系。

3.5.2启动转矩的计算

1台机组的风机要启动运转，是靠电机及皮带带动电机轮，风机轮等装置转动起来的，所以电机工作时的启动转矩均与风机的惯性力矩、两个带轮的惯性力矩、角速度、角加速度等都有关系，下面是一些力矩的计算公式：

（1）风机的惯性力矩公式：JF =PD2/4= m×(R2+r2)/2 kgm2

（2）带轮的惯性力矩公式：JFP,JMP = m×R2/2 kgm2

（3）总的惯性力矩公式：J =( JF + JFP)×(nF/nM)2+JMP +JM kgm2

（4）角速度公式：W = 2πnM/60 rad/s

（5）角加速度公式：α= W/t rad/s2

（6）启动转矩公式：Ts= J×α/g kgm

上式中：

m = 惯性轮的重量，kg

R = 惯性轮的外半径，m

r= 惯性轮的内半径，m

JFP =风机轮的惯性力矩，kgm2

JMP =电机带轮的惯性力矩，kgm2

JM =电机的惯性力矩，kgm2

nF =风机的转速，rpm

nM =电机的转速，rpm

tS =电机的启动时间，rpm

由于以上的计算比较繁锁，而且很多参数需风机、电机厂家提供，不能在样本上直接找出。一般来说电机的额定启动力矩均比它工作时的启动转矩大很多，按以往的设计经验，我们可以简化计算，将电机与风机的转速比i设定一个定值范围来选择电机的额定转数。

★ 一般规定电机、风机的转速比i≤2.0。

3.5.3电机皮带轮、风机皮带轮以及皮带的选型

当一台机组的风机型号与电机型号确定以后，就可以进行电机皮带轮、风机皮带轮以及皮带的选型配置了，根据机械设计手册中的资料，我们常用的皮带带型有A型V带、B型V带、C型V带、SPA型窄V带、SPB型窄V带、SPC型窄V带、SPZ型窄V带等，在带轮直径和电机的转速相同时，单根皮带带动的额定的功率在前面6种的带型中是由小到大的，前面三种一般适用于电机功率在5.5kW以下的较小功率的机组，后面三种的应用范围较广，一般从3.0kW以上的机组均可使用。

ZK机组使用的带轮型号都是SPA型、SPB型、SPC型这三种，配用的都是窄V带，在风机和电机已选定的情况下，我们可以根据转速比i=n1/n2=D2/D1 来进行风机轮、电机轮以及皮带的选型。

n1 —小轮的转速

n2 —大轮的转速

D1 —小轮的基准直径

D2 —大轮的基准直径

计算出i后,先确定电机轮的大小，而电机轮的大小又与带动该机组的电机额定功率、皮带根数和皮带轮的型号有关系，将这些因素确定以后，便可以进行两轮和皮带的配置了。

如上例示7.7.2-2：有一台机组的风量为31000m3/h，机组的全压为695Pa，用YILIDA的选型软件，选到的风机为SYD560K，风机的选型转速为705 rpm，风机的吸收功率为9.75kW，选用的电机额定功率为15 kW-6P，两轴间距为1200mm，请选择电机轮、风机轮及皮带的配置。

解答：

(1)设计功率

由电机额顶功率P = 15kW，查机械设计手册三第22篇带、链、摩擦和螺旋传动中的表22.1-9查得设计工况系数KA=1.2，则设计功率Pd =KAP=1.2×15=18 kW

（2）选定带型

根据功率Pd = 18 kW和电机机转速n1=970r/min，由机械设计手册三第22篇带、链、摩擦和螺旋传动中的表22.1-2确定为SPA型

（3）传动比

i= n1/n2 =970÷705=1.37

(4)两轮的基准直径，

参考机械设计手册三第22篇带、链、摩擦和螺旋传动中的表22.1-2和22.1-13i，取小轮的基准直径D1=200mm,则大轮的基准直径为D2=iD1 =1.37×200=274mm，然后从公司常用的皮带轮品牌样本中可查得接近的D2，假设为D2=280 mm

（5）风机的实际转速

n2=(1-ε)n1D1/D2=( 1-0.01) ×970×200÷280=686 r/min

（6）带速

υ=πn1D1/60×1000 =3.14 ×970×200÷6×1000=10.15 m/s

(7)确定皮带长度

按要求选取两轴中心距α0=1200mm，则所需皮带的长度Ldo= 2α0+π(D1+ D2)/2 + ( D2-D1)2/4α0 = 2×1200 + 3.14×(200+280)÷2 + (280-200)2÷4×1200 =3154.9 mm，查机械设计手册三第22篇带、链、摩擦和螺旋传动中的表22.1-6，选取基准长度Ld =3150mm。

（8）校核两轴实际的中心距离

α=α0 +（Ld-Ldo）/2 = 1200 +（3150-3154.9）/2 =1197.5mm

（9）小带轮的包角（一般要求≥120°）

αmax=180°-(280-200)/ α×57.3=180°-(280-200)/ 1197.5×57.3=176.17°

（10）单根V带的基本功额定功率

根据D1 =200mm和n1=970r/min,由机械设计手册三第22篇带、链、摩擦和螺旋传动中的表22.1-13i SPA型窄V带的额定功率可查得单根皮带拖动的功率P1=5.94 kW。

（11）功率增量△P1

考虑传动比的影响，额定功率的增量△P1由机械设计手册三第22篇带、链、摩擦和螺旋传动中的表22.1-13i右侧参数可查得功率增量△P1=0.26

（12）V带的根数

z=Pd/(P1 +△P1)KaKL

由机械设计手册三第22篇带、链、摩擦和螺旋传动中的表22.1-10和表22.1-11分别查得包角修正系数Ka=0.99和带长修正系数KL=1.04,所以

z=Pd/(P1 +△P1)KaKL=18÷(5.94+0.26) ×0.99×1.04=2.82根,取3根。

综合上述计算可得出：

电机皮带轮为：SPA-200×3

风机皮带轮为：SPA-280×3

皮带长为：SPA3150×3

其配用的锥套可在相关样本中查得。

※ 为提高V带和风机轴承的寿命，宜选取较大的带轮直径，但风机轮太大时则会增加风机的进风阻力。

※ 带速υ不得低于5m/s,为充分发挥V带的传动能力,应使υ≈20m/s。

4、电机的安装方式

ZK机组用得较多的电机安装方式有后置式和侧置式，如下图7.7-1所示。

(1) 后置式：如上图7.7-1所示的电机安装在风机的后面称为后置式。

（3）注意事项：

a、侧置式风机架在焊接电机安装梁时需考虑B≥1.5倍单根皮带的宽度距离。风机轮安装时尽量往里靠，电机轮安装时尽量往外靠，保持两轮的中轴线重合。风机轮的直径一般要求≤1/3D(风轮直径)，极限为≤1/2D,如果>1/2D的则要采用孔板式或肋骨式皮带轮。

b、皮带优先选用SPA和SPB型，根数越少越好，一般只有在电机功率≤2.2kW或两轮中心距太小而选不到最短规格的SPA带时才选用A、B、C等型号的皮带及皮带轮。

c、常用的皮带品牌要考虑皮带最大耐温，一般要可达90℃（通常含有耐热橡胶）。

d、小于2（d1+d2)的意思是不希望使用皮带过长。因为皮带过长在运行中会产生煽动，特别在皮带的张力不能得到保证的情况下。一旦皮带煽动会造成传递负荷的大幅度降低，造成打滑和迅速磨损。当然实际使用中，许多条件是可以变动的。如最小0.7，如果二个皮带轮直径差得不多，包角就不是问题，那比0.7小也可以。如果有措施防止皮带煽动，或者负荷均衡，距离大些也是可以的。

5、双速电机的用法

双速电机是指1台电机具有2种不同的极数同时存在，该系列的电动机具有可随负载性质的要求而有级地变化转速，从而达到功率的合理匹配和简化变速系统的特点，是节约能耗的理想动力。

在使用时以转速比最大的极数来配电机风机轮，从而实现风机从高转速到低转速变化进行风量调节。

不建议用3速以上的电机来调节风量，如客户需要多级调节风量时，建议采用变频器无级调节。

6、市场上比较常用的品牌

7．性能和可靠性的验证

对于风机和电机的性能和可靠性验证主要是通过实验来完成。整机测试中，对于电机，需要测试发热是否符合要求（根据不同绝缘等级不同对待）。另外，电参数（功率、电流）也是主要指标，电机运行电流不能超过样本中满载电流。

对于风机，主要是验证风量、静压、噪声、振动性能是否满足要求。通过实验找出各厂家风机的实际性能与选型软件得出的有多大差距，以便指导今后风机选型。

加湿器的知识和设计选型一、加湿器的原理及基本类型

原理：通过各种方式将水加入到空气中，保证空气的湿度和温度让人感觉舒适、身体健康。加湿器主要分为超声波型加湿器、直接蒸发型加湿器和热蒸发型加湿器。根据不同的用途又细化出很多不同的种类，目前中央空调类加湿器有：气化式加湿器、干蒸汽加湿器、高压喷雾加湿器、超高压微雾系统加湿器、电极式加湿器、电热式加湿器、气水混合加湿器、水洗喷淋系统。

二、组合空调加湿器

目前组合空调所选用的加湿器：气化式加湿器、干蒸汽加湿器、电极加湿器、电热式加湿器，可根据客户需求选用。目前市场上比较好的厂家有：北京宜众源科技有限公司、北京盛世兄弟联合科技有限公司等，常用厂家北京XXX科技有限公司的产品为例加以说明。

1 气化式湿膜加湿器及选型

运用湿膜材料的特性，根据空气蒸发吸收湿膜材料的水分，加湿空气或使空气温度降低的原理。

（1）主要特点：a)等焓加湿方式；b)洁净加湿，不会产生白粉现象；c)饱和效率高，可达90%以上；d)对水质无特殊要求，自来水即可；e)加湿量可自身调节，兼做挡水板用；f)结构简单，安装方便，无污染，使用寿命长。

（2）使用条件：a)环境温湿度加湿器本体5～80度，控制器5～50度，90RH以下；b)临界风速小于3.7m/s。

（3）选型步骤：

1）加湿量G：根据空调新风量比例、室内、室外空气湿度，求出所需加湿量；

2）湿膜的修正系数N：根据湿膜进风口的温度和相对湿度，由湿膜温湿度系数图查出系数N（厂家样本有相关的湿膜温湿度系图）；

3）根据湿膜面积S，湿膜迎风面风速V，求出所需湿膜标准加湿能力K=（G÷N）÷（V÷2.5）÷S；

4）湿膜厚度的选择H：根据技术性能表查出相关型号及厚度。

2 干蒸汽加湿器原理及选型

将加湿器蒸汽入口与饱和蒸汽源接通，饱和蒸汽在外环管内流动，对喷管进行预热，进入汽水分离器内，是饱和蒸汽中的凝结水分离，冷凝水经输水器排出。干蒸汽经喷管进行二次蒸发汽化从喷孔喷出，实现对周围空气加湿。

（1）主要特点：a)汽水分离彻底，不含杂质的洁净等温加湿；b)快速扩散管可实现空气对均匀蒸汽的快速吸收；c)消声设计，使干蒸汽加湿喷射蒸汽时消音，降低噪音。

（2）使用条件：a)必须有蒸汽源，压表在0.02～0.4Mpa内；b)蒸汽源温度小于150℃；c)环境温度为-10℃～50℃；d)电源：AC220V/50Hz,波动范围-15%～+10%；e)疏水器：一般选用自由浮球式或倒置桶式。

（3）选型步骤

吸收距离：蒸汽冷凝、蒸汽汽化、变成湿空气的距离称为吸收距离。吸收距离的相关因素：风道的高、宽比；风道的气流速度；风道的空气温湿度；风道内布器管数目。

步骤：a)根据新风和房间空气的工况确定加湿量；b)根据室外空气的相对湿度确定进入加湿段的湿度；c)确定吸收距离，根据进口相对湿度和出口相对湿度，以及风道高度确定吸收距离（根据厂家提供的样本图纸）；d)根据上述三个参数选出相应型号。

3 电极式加湿器及选型

利用交流电能直接对自来水进行加热产生洁净蒸汽，并将蒸汽混合到空气中去，对空气进行加湿的一种设备。其特点是：在没有蒸汽源或蒸汽源太远的情况下能加湿。

（1）使用条件：a)水压 0.1～0.35Mpa；b)环境温度 1~40℃，环境湿度小于85%RH，c)水电导率 125～1250us/cm2；d)水的硬度小于30德国度；e)电源 AC 380V，50Hz。

（2）选型步骤

a)蒸汽量的确定蒸汽量=加湿量÷加温效率η÷保险系数γ；

η的取值：蒸汽管道小于1.5m,η为100%；蒸汽管道1.5m～5 m, η为95%；蒸汽管道5m～10 m, η为90%；

γ的取值：一般取为0.8～0.9

b)吸收距离的确定根据进口、出口的相对湿度，风管高度，根据厂商提供的相应吸收距离选择图确定吸收距离；

c)根据上述参数确定加湿器型号。

加湿器的种类比较多，具体类型的选用要考虑客户要求、用途等，选出比较适用而且经济的产品。

风阀及电动执行器的设计选型风阀通过改变通风口面积，用来调节通过风口的风量。

风阀的种类：

多叶对开阀（人字阀），多叶片间采取相向对开连动结构，操作便捷。选型时可根据风口尺寸自由选择。

圆形对开阀，通过调节中心螺杆改变两半活门的开合大小，达到调节过风面积和流量。根据圆形风口面积选择半径大小的圆形对开阀。

矩形多叶风量调节阀，用于空调及一般通风系统的主支管的风量调节。特点：叶片开度有指针显示，易操作调空，阀门开度可实现无级调节，准确灵活。

电动风量调节阀，用于空调及一般通风系统的主支管的风量调节，叶片开度有指针显示，电动控制自动调节。

风阀的选型：

风阀的尺寸必须与组合空调的进风和出风口相匹配，保证安装缝隙无漏风现象，可调范围是风量的0～100%。

过滤器的知识和设计选型根据被处理后空气的洁净程度被处理空气的要求，且组合空调机组常用空气过滤器：超底洩漏滤网（ULPA FILTER）、高效率空气过滤器 (HEPA FILTER)、中性能空气过滤器 (MEDIUM FILTER)、初级空气过滤器 (PRE FILTER)。

各等级及相关参数如下表：

滤网等级

适用灰尘粒径(μm)

适用灰尘浓度(mg/H3)

压力损失 (mmAq)

捕集效率 (%)

滤材

主要用途

初级滤网 PRE FILTER

≧5

0.1~7

3~20

70~80 (重量法)

合成纤维

外气处理空调箱前端

中性能滤网 MID FILTER

≧1

0.1~0.6

8~25

60~95 (比色法)

合成纤维

玻璃纤维

高效滤网前端循环空气前端

准高效率网 E-HEPA-FILTER

≧0.3

≦0.3

15~35

≧95 (0.3μm DOP)

玻璃纤维

Class-100~10000 无尘室最终滤网

高效率网 HEPA FILTER

≧0.3

≦0.3

25~50

≧99.97 (0.3μm DOP)

玻璃纤维

Class-10~10000 无尘室最终滤网

超底洩漏滤ULPA FILTER

0.1~0.3

≦0.1

25~50

≧99.995 (0.12μm DOP)

特殊玻璃纤维

Class-1~10 无尘室最终滤网

高效率空气过滤器捕集尘埃之原理

高效率空气过滤器一般称为HEPA FILTER 和ULPA FILTER也可称为绝对过滤器 Absolute Air Filter，此类过滤器通常用于终端之位置，其过滤对象为低浓度之微细粒子,且具有级高之捕集效率是维持无尘室内洁净度最重要的过滤器，其捕集尘埃之原理如下:

滤过原理(Filtration)

扩散捕捉原理(Diffusion)

冲突原理(Impact)或称惯性原理(Inertia)

滤过原理(Filtration)

尘埃粒子通过滤材时，其大于滤材纤维与纤维之间距的粒子被阻挡，也就是尘埃粒径大于间距就会有过滤效果。

扩散捕捉原理(Diffusion)

粒径的微尘，由于布朗运动、重力、离子化等原因，在纤维表面通过时产生磨察，产生静电，尘埃将会附着于纤维上，达到捕集作用，其通过滤材风速越低，粒径越小，其效果越佳。

冲突原理(Impact)

空气在滤材纤维间流动时，因粒子的流动惯性力作用，急速冲击于纤维表面而附着，其通过滤材风速越快，效果越佳。

整体捕集效率

冲突原理对于微尘粒径＞0.1μm以上者其捕集效率最高；扩散捕捉对于微尘粒径≦0.05μm 以下的粒子具有较高效率；而滤过原理则在三种捕集原理中，其捕捉效率较低，由此可知高效率过滤器的整体效率。

组合空调过滤器选择的一般准则：

a) 进风口与换热器之间设置初效过滤器；

b) 出风口前，及组合空调机组末端设置高效过滤器；

c) 如果客户对空气质量有更高要求，在初效后可设置中效过滤器，末端设置超底洩漏滤网。

过滤器的尺寸大小准则：

a)选用以有的尺寸规格设及过滤器框架；

b)满足加工需要的前提下，尽量增大过滤器有效面积。

组合空调的过滤器是为了改善空气质量，增加人的舒适度，其选择可以灵活运用，满足客户，满足经济效益即可。

消音器知识和设计选型一、消声器的设计原理

微孔板吸声结构的原理：在板厚小于1.0mm的薄板上穿以孔径小于等于1.0mm的微孔，穿孔率为1～5%，后部留有一定的厚度（5～20cm）空气层，该层不填任何吸声材料，这样即构成了微穿孔板吸声结构。它是一种低声质量，高声阻的共振吸声结构，其研究表明，表征微穿孔板吸声特性的吸声系数和频带宽度，主要由微穿孔板的声质量m和声阻r来决定，而这两个因素又与微孔直径d及穿孔率p有关。微穿孔板吸声结构的相对声阻抗Z（以空气的特性阻抗ρC为单位）用式

（1）计算：

Z=r+jwm=jctg(WD/C)（1）

式中：

ρ-- 空气密度（kg/cm3）；

C -- 空气中声速（m/s）；

D -- 腔深（mm）；

m -- 相对声质量；

r -- 相对声阻；

w -- 角频率，W=2πf(f为频率)；

而r和m分别由式（2）（3）表达：

r=atkr/dzp　（2）

m=(0.294)×10-3tkm/p　（3）

式中：

t-- 板厚（毫米）

d-- 孔径（毫米）

p-- 穿孔率（%）

kr-- 声阻系数　kr=(1+x2/32)1/2+(2x)1/2/8×d/t

km--声质量系数　km=1+{1+[1/(9+(x2/2))]}+0.85d/t

其中x=ab f，a和b为常数，对于绝热板a=0.147,b=0.32；对于导热板a=0.235，b=0.21。声吸收的角频带宽度，近似地由r/m决定，此值越大，吸声的频带越宽。

r/m=(l/d2)×(kr/km)　 (4)

式中l-- 常数，对于金属板l=1140,而隔热板l=500。上式也可以用式（5）表达：

r/m=50f((kr/km)/x2)　 (5)

而kr/km的近似计算式为：

kr/km=0.5＋0.1x＋0.005x2　 (6)

利用以上各式就可以从要求的r、m 、f求出微穿孔板吸声结构的x、d、t、p等参量。由于微穿孔板的孔径很小且稀，基声阻r值比普通穿孔板大得多，而声质量m又很小，故吸声频带比普通穿孔板共振吸声结构大得多，一般性能较好的单层或双层微穿孔板吸声结构的吸声频带宽度可以达到6～10个1/3信频程以上。这就是微穿孔板吸声结构最大的特点。

共振时的最大吸声系数α0为

α0=4r/(1+r)2　 (7)

具体设计微穿孔板吸声结构时，可通过计算，也可查图表，计算结果与实测结果相近。在实际工程中为了扩大吸声频带的宽度，往往采用不同孔径、不同穿孔率的双层或多层微穿孔板复合结构。

二、微穿孔板理论在抗喷阻消声器设计中的应用：

利用微穿孔板声学结构设计制造的消声器种类很多，主要型为抗喷阻型消声器。该型式消声器是用不锈钢穿孔薄板制成，穿孔板后的空气层内填装吸声材料。利用吸声材料的阻性吸声原理，进一步达到降噪消声的作用，其吸声系数高，吸收频带宽，压力损失小，气流再生噪声低，且易于控制。为获得宽频带高吸收效果，一般用三级微穿孔板结构。微穿孔板与外壳体之间以及微穿板之间的空腔尺寸大小按需要吸收的频带不同而异，低频腔大（150～200mm）,中频小些(80～120mm），高频更小些（30～50mm），双层结构的前腔深度一般应小于后腔，前后腔深度之比不大于1：3，前部接近气流的一层微穿孔板穿孔率应高于后层，为减小轴向声传播的影响，可在微穿孔板消声器的空腔内每隔500mm左右加一块横向隔板。

试验证明，微穿孔板消声器不论是低频、中频、高频消声性能实测值比理论估算值要好。且消声量与流速有关，与消声器温升无关，当流速达到70米/秒时，一般其它型式消声器已无法解决噪声问题，而微孔型消声器可承受70m/s气流速度的冲击，仍有15dBA以上的消声器。这也是微孔消声器优于一般消声器一个重要特点。

组合空调中，我们一般采用抗阻性消声器中的微穿孔消声器，根据组合空调的结构，设置专门的消声段，根据组合空调的宽度和高度尺寸选择消声器的尺寸，然后将几个消声器连接在一器，安装在消声段内。